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第38卷第11期2017年11月
建筑结构学报Journal of Building Structures
Vol.38 No.11 Nov.2017
005
文章编号：1000-6869(2017)11-0042-07
D0I:10.14006/j-jgh.2017.11.005
开孔钢板加劲肋方钢管混凝土柱偏压试验研究
刘君平1，周宗源，刘永健，陈宝春1
(1.福州大学土木工程学院，福建福州350116；2.长安大学公路学院，陕西西安710064)
摘要：为加强方钢管与管内混凝土的组合作用，提出在方钢管混凝土柱的钢管内壁设置开孔钢板(PBL)加劲肋。以长细比
和偏心率为参数，进行了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压性能试验，同时进行无加劲肋和钢板加劲肋方钢管混凝土柱的偏
压对比试验。试验结果表明：无加劲肋构件为受压侧钢管管壁单波鼓曲破坏，钢板加劲肋和PBL加劲肋构件均为双波鼓曲
破坏；PBL加劲肋构件承载力比未加劲构件提高了6.95%，比钢板加劲肋构件降低了4.33%，PBL加劲肋的主要作用体现
在加强钢管与核心混凝土的组合作用，试件管内混凝土受拉裂缝分布更为均匀，裂缝宽度和间距更小。以方钢管混凝土偏
压柱承载力计算公式为基础，考虑PBL加劲肋和孔内“混凝土榫”的作用，提出了PBL加劲肋方钢管混凝土柱偏压承载力
的简化计算方法，公式计算结果与试验结果吻合良好。
关键词：方钢管混凝土柱；PBL加劲肋；偏压试验；承载能力
中图分类号：TU398.903
文献标志码：A
Experimental study on concrete-filled square steel tubular column
stiffened with PBL subjected to eccentric compressive load
LIU Junping',ZHOU Zongyuan',LIU Yongjian2,CHEN Baochun
(1.College of Civil Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350116,China;
2.School of Highway,Chang'an University,Xi'an 710064,China)
Abstract:To strengthen the composite action of square steel tube and inside concrete,PBL connectors are proposed in
concrete-filled square steel tubular columns.With the parameters of slenderness ratio and eccentricity,tests on the
mechanical behavior of concrete-filled square steel tubular column stiffened with PBL under eccentric compressive load
were carried out.To investigate the role of PBL,the contrast tests on specimens of concrete-filled square steel tubular
column and concrete-filled square steel tubular column with steel plate stiffener were also carried out.Test results
indicate that failure modes of specimens with PBL stiffener and steel plate stiffener are steel tube double wave buckling
at compressive side.For the specimen without stiffener is single wave buckling failure.Ultimate bearing capacity of
specimen with PBL stiffener is 6.95%higher than specimen without stiffener,and is 4.33%lower than specimen with
steel plate stiffener.PBL stiffener can make steel tube and concrete work together better.The concrete crack
distribution is more uniform,and the width and spacing of concrete crack are smaller.Based on the simplified
calculation method of concrete-filled square steel tubular column,considering the role of PBL stiffener and concrete
tendon,the ultimate bearing capacity formula for concrete-filled square steel tubular column stiffened with PBL
subjected to eccentric compressive load was proposed,which can provide calculated results agreeing well with the
experimental results.
Keywords:concrete-filled square steel tubular column;PBL stiffener;eccentric compression test;ultimate bearing
capacity
基金项目：国家自然科学基金项目(51378068)，国家西部交通建设科技项目(2013318812410)。
作者简介：刘君平(1977一)，男，江西安福人，工学博士，副研究员。E-mail:ljp0486@163.com
收稿日期：2016年9月
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管混凝土试件，CS2表示钢板加劲肋方钢管混凝土试
0
引言
件，3组试件截面如图1所示。试件具体参数见表1，
其中轴压短柱3根，用以确定短柱的轴压承载力。偏
通常，方钢管对管内混凝土的约束效应并不显
压柱的长细比入分为20、40两种情况，偏心率e分为
著，钢板的局部屈曲问题比较突出141。特别是受混
00.3、0.6三种情况，同时对比无加劲肋和钢板加劲
凝土浇筑质量、收缩徐变、日照温差等影响，钢管与
肋两种形式试件的受力性能。
核心混凝土的界面会产生脱黏现象，使得其组合效
应大为降低。而开孔钢板(PBL)加劲肋方钢管混凝
土，即在方钢管内壁设置PBL加劲肋，其中PBL既可
以对钢管管壁进行加劲，嵌入BL孔内的混凝土又
可以形成“榫”效应，不仅具有剪力键的作用，而且有
效提高了两者的组合效应，并防止钢管与混凝土之间
产生脱黏5。在实际工程中，方钢管混凝土用于柱、桥
墩等偏压构件较为普遍。在需要通过钢管管壁传递
剪力到核心混凝土的受压构件（如与钢梁连接的方
钢管混凝土柱、钢管混凝土桁式拱桥中与腹杆连接
的弦杆钢管内壁等)中应用PBL加劲肋更为适宜。
目前，国内外学者对无加劲肋、钢板加劲肋方钢
钢板加劲肋
管混凝土柱的偏压性能进行了研究6，主要变化参
数为钢材屈服强度、核心混凝土抗压强度、构件长细
(a)无加劲肋(b)设置PBL加劲肋(c)设置钢板加劲肋
比和荷载偏心率等，并提出了相应的承载力计算公
图1试件截面示意
式。文献[12]中进行了PBL加劲肋方钢管混凝土短
Fig.1 Section of specimens
柱和长柱的轴压试验研究，并分别和无加劲肋、钢板
表1试件主要参数
加劲肋方钢管混凝土柱进行了对比分析，结果表明，
Table 1 Main parameters of specimens
PBL加劲肋能有效参与全截面受力，增强对核心混凝
L/
试件编号
土的约束，提高方钢管混凝土柱的承载力和刚度；在
mm mm mm mm mmmmmm入
e
CS1-10-0-1600
20046043010010.4
试验研究基础上，提出了轴压短柱承载力计算公式
CS1-10-0-2600
20046043010010.4
和长柱稳定系数的计算方法3。文献[14]中进行了
CS1-10-0-3600
20046043010010.4
4个未加劲、15个PBL加劲肋和4个钢板加劲肋方
CS1-20-0115620046043010020
0.0
CS1-20-31156
200460430100
钢管混凝士短柱的轴压试验研究，提出了PBL加劲
20
0.3
CS1-20-61156200460430100
20
0.6
肋方钢管混凝土短柱承载力计算公式，并探讨了PBL
CS1-40-02308200460430100
40
0.0
加劲肋对轴压长柱稳定系数的影响，给出了轴压长
2308
200460430
100
40
0.3
柱承载力计算公式。文献[15]中则对PBL加劲肋方
CS1-20-3-111562004604306020
0.3
CS2-20-31156
2004
604
0.3
钢管混凝土受弯构件进行了研究，提出了其受弯承
CS0-20-311562004-
20
0.3
载力计算方法。本文中以长细比和偏心率为主要参
注：试件编号中第1组数字表示构件的长细比入：第2组数字表示
数，进行PBL加劲肋方钢管混凝土柱的偏压试验，通
相对偏心率ε的小数部分；第3组数字表示同规格不同试件的
过对比无加劲肋和钢板加劲肋两种形式方钢管混凝
编号。
土柱，分析PBL加劲肋的作用效果。在方钢管混凝
实测钢材弹性模量E.=2.06×10MPa,屈服强
土偏压柱承载力计算方法基础上，提出PBL加劲肋
度f-334MPa,抗拉强度f.=481MPa,混凝土弹性
方钢管混凝土构件偏压承载力计算公式，以期为工
模量E。=3.53×104MPa,立方体抗压强度f.=
程设计提供参考。
56MPa。
1.2试验加载与量测
1
试验概况
图2为试验加载装置和测点布置情况，在试件
上下两端采用刀铰进行线加载，在加载板上预先切
1.1试件设计与制作
割出凹槽以满足试件不同偏心距的要求。试验中采
试验中共设计11根试件，其中CS0-20-3为无加
用5000kN千斤顶进行分级加载，试件屈服前，每级
劲肋方钢管混凝土试件，CS1表示PBL加劲肋方钢
荷载增量为预估荷载的1/10，荷载加至钢板屈服或
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